1、电动助力转向技术电动助力转向技术 杨成杨成307110304330711030431电动助力转向系统 电动助力转向（简称EPS）系统利用直流电动机提供转向动力，辅助驾驶员进行转向操作。电动助力转向系统根据其助力机构的不同可以分为电动液压式（简称EPHS）和电动机直接助力式两种。2一、电动液压助力转向系统 电动液压助力转向系统的液压泵（齿轮泵）通过电动机驱动，与发动机在机械上毫无关系，助力效果只与转向盘角速度和行驶速度有关，是典型的可变助力转向系统。其特点是由ECU提供供油特性，汽车低速行驶时助力作用大，驾驶员操纵轻便灵活；在高速行驶时转向系统的助力作用减弱，驾驶员的操纵力增大，具有明显的“路感
2、”，既保证转向操纵的舒适性和灵活性，又提高了高速行驶中转向的稳定性和安全感。3二、直接助力式电动转向系统 直接助力式电动转向系统是一种直接依靠电动机提供辅助转矩的动力转向系统，可以根据不同的使用工况控制电动机提供不同的辅助动力。4直接助力式电动转向系统的结构和工作原理 当转向轴转动时，转矩传感器开始工作，把两段转向轴在扭杆作用下产生的相对转角转变成电信号传给电子控制单元（ECU），ECU根据车速传感器和转矩传感器的信号决定电动机的旋转方向和助力电流的大小，并将指令传递给电动机，通过离合器和减速机构将辅助动力施加到转向系统（转向轴）中，从而完成实时控制的助力转向。5（四）（四）电动助力转向系统的
3、工作原理电动助力转向系统的工作原理电动助力转向系统框图电动助力转向系统框图ECU转角电流电动机转矩传感器转矩车速减速机构齿轮齿条式转向器离合器转矩传感器检测作用在输入轴的力矩，ECU根据车速传感器和转矩传感器的信号控制电动机的旋转方向和助力电流的大小，电动机的力矩通过减速机构作用到小齿轮上，实现助力转向。 6（四）（四）电动助力转向系统的分电动助力转向系统的分类类根据助力电机布置位置的不同，电动助力转向分为转向轴助力式、齿轮助力式、齿条助力式。转向轴助力式转向轴助力式齿轮助力式齿轮助力式齿条助力式齿条助力式7转向管柱助力式转向管柱助力式 助力位置在转向管柱上。该方案的助力转矩经过了转向器放大，
4、因此要求电机的减速机构传动比较小；电机布置在驾驶室内，工作环境较好，对电机的密封要求低。但是，因电机安装位置距驾驶员近，所以要求电机的噪声一定要小；由于电机距离转向盘较近，电机的力矩波动容易直接传到转向盘上，导致转向盘振动，使驾驶员手感变坏；由于助力转矩通过转向管柱传递，因此要求转向管柱有较大的刚度和强度。这种助力方式比较适合用于前轴负荷较小的微型轿车。8齿轮助力式 助力位置在转向器小齿轮处。该方案的助力转矩也经过了转向器放大，因此要求电机的减速机构传动比也相对较小；电机安装在发动机舱内，工作环境较差，对电机的密封要求较高；由于电机的安装位置距离驾驶员有一定距离，对电机的噪声要求不是太高；同时
5、，电机的力矩波动不太容易传到转向盘上，驾驶员手感适中；助力转矩不通过转向管柱传递，因此对转向管柱的刚度和强度要求较低。这种助力方式比较适合用于前轴负荷中等的轻型轿车。9齿条助力式 助力位置在齿条上。该方案的助力转矩作用在齿条上，助力转矩没有经过转向器的放大，因此要求电机的减速机构具有较大的传动比，减速机构相对较大；电机布置在发动机舱内，工作环境差，对其密封要求也较高；由于电机的安装位置距离驾驶员较较远，对电机的噪声要求不高；同时，电机力矩波动不易传到转向盘上，驾驶员具有良好的手感；助力转矩不通过转向管柱传递，因此对转向管柱的刚度和强度要求较低。这种助力方式比较适合用于前轴负荷较大的高级轿车和货
6、车上。10（五）（五）电动助力转向的系统组成电动助力转向的系统组成电动助力转向系统一般由扭矩传感器、电控单元（微处理器）、电动机与电磁离合器、减速器等组成。车速传感器扭矩传感器减速机构电动机与离合器转向器蓄电池电控单元11（五）（五）电动助力转向的系统组成电动助力转向的系统组成（1）电动机；（2）蜗杆；（3）蜗轮；（4）力矩传感器机构；（5）电位器；（6）电动机接插线；（7）力矩传感器接插线；（8）吸能套管；（9）转向盘锁装置；（10）开关支架；（11）下支架；（12）减振垫片 12（五）（五）电动助力转向的系统组成电动助力转向的系统组成v转向盘转矩传感器转向盘转矩传感器测量转向盘转矩大小和方
7、向。电动助力转向系统中转矩传感器有接触式和非接触式。考虑到成本，一般采用接触式转矩传感器。1输入轴；2扭杆；3信号输出端； 5电位计，6转向器小齿轮；7滑环1小齿轮；2差分变压器；3接口电路；4输入轴；5扭杆；6传动齿轮；7直流发电机13（五）（五）电动助力转向的系统组成电动助力转向的系统组成v助力电机及减速机构助力电机及减速机构 助力电机用来实现转向系统的助力，对助力电机的基本要求是：助力转矩大、转矩波动小、转动惯量小，功率密度大、可靠性高，易控制。目前电动助力转向系统普遍采用永磁直流有刷电机和直流无刷电机。直流无刷采用电子换向，无需维护，功率密度大，但成本较高；直流有刷电机技术成熟，控制器
8、简单，成本低。1离合器；2电动机；3传感器轴；4扭杆；5滑块；6球槽；7连接杆； 8钢球；9蜗轮；10蜗杆 1循环球；2滚珠螺杆；3螺旋齿轮； 4拔叉；5电刷；6转子 14不同电机技术特点的比较类型性能永磁有刷直流电机永磁无刷直流电机感应电机开关磁阻电机特 点转动绕组永磁定子机械换向器三相定子永磁转子电子换向三相定子铝或铜笼转子无永磁体四相定子钢铁转子无转子绕组无永磁体效 率低高对12V系统低比永磁电机低功率密度低高低低力矩波动/噪声通过电机设计时考虑基本上通过电磁设计考虑通过电子控制器考虑通过电磁设计和电子控制来考虑技术成熟程度技术很成熟仍在发展技术很成熟仍在发展系统复杂程度控制器最简单控制
9、器简单中等控制器高度复杂15（五）（五）电动助力转向的系统组成电动助力转向的系统组成v电子控制单元（电子控制单元（ECU） ECU的功能是根据扭矩传感器信号和车速传感器信号，进行逻辑分析与计算后，发出指令，控制电动机和离合器的动作。此外，ECU还有安全保护和自我诊断功能，ECU通过采集电动机的电流、电动机电压、发动机工况等信号判断其系统工作状况是否正常，一旦系统工作异常，助力将自动取消，同时ECU将进行故障诊断分析。 16（六）（六）电动助力转向控制策略电动助力转向控制策略v电动助力转向的控制过程电动助力转向的控制过程电流控制器相位补偿转向盘扭矩TdTdc电动机ImIcmduTme基本助力摩擦
10、补偿惯性补偿阻尼补偿车速V电动机转速Vm(估算）目标电流决策电流伺服控制上层控制下层控制17（六）（六）电动助力转向控制策略电动助力转向控制策略电流控制器Ts电动机IIcmduTme助力特性V操作步骤如下：输入由车速传感器测得的车速信号；输入由转向盘转矩传感器测得的转向盘力矩大小和方向；根据车速和转向盘力矩，由助力特性得到电动机目标电流；通过电动机电流控制器控制电动机输出力矩。v电动助力转向的基本助力控制过程电动助力转向的基本助力控制过程183直接助力式电动转向系统的主要优缺点 优点（1）效率高、能量消耗少；（2）系统内部采用刚性连接，反应灵敏，滞后小，驾驶员的“路感”好；（3）结构简单，质量
11、小；（4）系统便于集成，整体尺寸减小；省去了油泵和辅助管路，总布置更加方便；（5）无液压元件，对环境污染少。2）缺点（1）直接助力式电动转向系统提供的辅助动力较小，难以用于大型车辆；（2）减速机构、电动机等部件会影响汽车的操纵稳定性，正确匹配整车性能至关重要；（3）使用电动机、减速机构和转矩传感器等部件，增加了系统的成本。19（二）电动助力转向国家政策支持（二）电动助力转向国家政策支持原机械工业部汽车司在1999年未来十年中国汽车工业产品与技术发展报告中，就将电动助力转向列为我国汽车工业积极开展研究的产品与技术项目；“十五”国家863电动汽车重大科技专项、 “十一五”国家863节能与新能源汽车
12、重大专项都把电动助力转向列为子项目作为电动汽车优先发展的零部件产品； 科技部、财政部和国家税务总局共同商定，联合制订的中国高新技术产品目录中包括了电动助力转向装置； 科技部和商务部共同组织编制的鼓励外商投资高新技术产品目录（2003）中也包括了电动助力转向装置。 20（二）（二）电动助力转向技术的发展概况电动助力转向技术的发展概况 日本日本 电动助力转向最先应用在日本的微型轿车上。电动助力转向最先应用在日本的微型轿车上。日本电动助力转向产品发展迅速，日本电动助力转向产品发展迅速，不断更新换代，光洋精工、不断更新换代，光洋精工、NSk、SHOWA等汽车转向系统公司先后开发出电动助力等汽车转向系统
13、公司先后开发出电动助力转向，丰田、本田、日产、三菱、铃木、富士重工等公司先后装车配套。转向，丰田、本田、日产、三菱、铃木、富士重工等公司先后装车配套。 1988年铃木公司首次在其年铃木公司首次在其Cervo车上装备车上装备首次装配电动助力转向。随后首次装配电动助力转向。随后大发在大发在Mira车上装配了车上装配了电动助力转向电动助力转向，三菱则在，三菱则在Minica车上装配了车上装配了电动助力转向电动助力转向；而本田；而本田的的NSXNSX及及Accord车也装配了车也装配了电动助力转向。电动助力转向。 2000年光洋精工与丰田公司达成协议，联合开发电动助力转向系统。日前光洋精年光洋精工与丰
14、田公司达成协议，联合开发电动助力转向系统。日前光洋精工定下发展目标，要在本财年内使公司的电动助力转向系统在北美市场上的销量到工定下发展目标，要在本财年内使公司的电动助力转向系统在北美市场上的销量到37万套，增幅达万套，增幅达54。光洋精工希望到。光洋精工希望到2008财年时，能够占据北美汽车转向系统市场的财年时，能够占据北美汽车转向系统市场的20，去年该市场的市场份额为，去年该市场的市场份额为13，公司还计划，公司还计划2006年在北美建立一家新工厂。年在北美建立一家新工厂。 2001年年NSk从福特公司获得了一份从福特公司获得了一份100多万套的电动助力转向供货合同，价值多万套的电动助力转向
15、供货合同，价值1.65亿美元。亿美元。21（二）（二）电动助力转向技术的发展概况电动助力转向技术的发展概况本田公司开发的电动助力转向本田公司开发的电动助力转向 光洋精工开发的电动助力转向光洋精工开发的电动助力转向 NSK开发的电动助力转向开发的电动助力转向 装有装有EPS的铃木轿车的铃木轿车22（二）（二）电动助力转向技术的发展概况电动助力转向技术的发展概况欧美欧美 开发较晚，但起点高、力度大。开发较晚，但起点高、力度大。TRW及及Delphi、Bosch、ZF都相继都相继推出电动助力转向。推出电动助力转向。 Delphi将电动助力转向作为扩大其在全球汽车零将电动助力转向作为扩大其在全球汽车零
16、配件市场销售的重点产品。配件市场销售的重点产品。Mercedes_Benz和和Siemens Automotive共同共同投资投资6500万英镑用于电动助力转向的开发。万英镑用于电动助力转向的开发。TRW公司最新开发的三种公司最新开发的三种电动助力转向电动助力转向 Delphi开发的开发的ESteerTM 23（三）（三）电动助力转向技术的发展概况电动助力转向技术的发展概况 国内v研发单位研发单位高校：清华大学、北京理工大学、北京航空航天大学、天津大学、江苏大学、湖北汽车工业学院及合肥工大等；企业：南方动力、荆州恒隆、杭州世宝、南京转向器厂等。飞度北斗星途安雨燕皇冠开迪24（八）电动助力转向控制器与实物图（八）电动助力转向控制器与实物图散热风扇2散热风扇125262728293031谢谢大家谢谢大家32
